現(xiàn)代海洋預(yù)報與服務(wù)-海上突發(fā)事件預(yù)報

海上突發(fā)事件預(yù)報2018年11月《現(xiàn)代海洋預(yù)報與服務(wù)》目錄第一節(jié)概況第二節(jié)海上突發(fā)事件預(yù)報基礎(chǔ)知識第三節(jié)搜救軌跡預(yù)報第四節(jié)溢油漂移擴(kuò)散預(yù)報第五節(jié)污染擴(kuò)散預(yù)報第六節(jié)典型預(yù)報保障個例分析2010墨西哥灣2011日本福島賠償200億美元損失近2000億美元第一節(jié)概況第一節(jié)概況我國近海及其周邊海域是世界上資源開發(fā)、海上航運(yùn)、水產(chǎn)捕撈和養(yǎng)殖、旅游休閑、體育賽事等活動最繁忙的海域之一，也是溢油、有毒有害化學(xué)品泄漏、船舶沉損、人員落水、海上空難等海上突發(fā)事故最多的海域之一。隨著海運(yùn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和海上活動的日益增多，海上險情逐年增加。據(jù)我國海事部門統(tǒng)計，2002-2008年我國水上交通事故達(dá)到3664起，死亡失蹤人數(shù)達(dá)到3028多人。頻繁的海難事故造成了巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。隨著我國海洋運(yùn)輸、海上資源開發(fā)的快速發(fā)展，海上船舶和油氣田溢油等海洋污染事件已成為影響我國海洋環(huán)境的重要因素。從1976—2002年，我國沿海平均每4d發(fā)生一起溢油事故。第一節(jié)概況2010大連油港2013蓬萊19-3約1500噸原油入海第一節(jié)概況2013“蝴蝶”西沙3艘沉沒，88人落水2018東海桑吉裝載13.6萬噸凝析油的“桑吉”輪失火爆炸，32名船員失聯(lián)第一節(jié)概況海上失事目標(biāo)物漂移軌跡預(yù)測服務(wù)信息可以提供事故海域水文氣象狀況，失事人員、船只的漂移方向和漂移速度及距離，給出搜救目標(biāo)各時刻的位置、不同概率的搜尋半徑等信息。搜救指揮人員通過對這些信息的掌握和分析，可在最短的時間內(nèi)，給出現(xiàn)場救援的最佳方式，科學(xué)決策搜救人力、物力的配置和調(diào)動方案，使搜救行動安全、快速地進(jìn)行，為搶救人員生命和國家財產(chǎn)爭取寶貴時間。第一節(jié)概況海上溢油漂移擴(kuò)散預(yù)測,將提供溢油漂移軌跡、影響區(qū)域范圍、影響岸段和最終歸宿等預(yù)測結(jié)果，對有針對性的布放圍油欄和派遣飛機(jī)、船舶到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行應(yīng)急處理，及時保護(hù)脆弱生態(tài)區(qū)及旅游養(yǎng)殖區(qū)等工作可以起到重要技術(shù)支撐作用；對評估沿岸海域的海洋環(huán)境災(zāi)害對海洋生態(tài)環(huán)境影響，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境和海水水質(zhì)及沿岸養(yǎng)殖業(yè)，實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重要指導(dǎo)意義；對海洋生態(tài)防災(zāi)減災(zāi)科學(xué)研究和對管理部門應(yīng)急反應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計等也具有重要實(shí)用價值。第一節(jié)概況有害物質(zhì)擴(kuò)散預(yù)報對海上泄漏危險污染物質(zhì)的輸運(yùn)擴(kuò)散趨勢進(jìn)行合理、可信的數(shù)值預(yù)報并將其結(jié)果進(jìn)行直觀地展示，為危險污染物質(zhì)泄漏事故應(yīng)急決策、海域環(huán)境影響評價、工程規(guī)劃管理提供有效的判斷依據(jù)，降低危險污染物質(zhì)泄漏事故對海洋生態(tài)環(huán)境造成的破壞。第二節(jié)

海上突發(fā)事件預(yù)報基礎(chǔ)知識一、搜救軌跡預(yù)報理論重力海上目標(biāo)在海面漂移時，根據(jù)牛頓第二定律，其動力學(xué)方程如下：大氣拖曳力波浪輻射力海水拖曳力浮力是運(yùn)動速度

t是漂移時間是質(zhì)量是科氏力參數(shù)

風(fēng)拖曳系數(shù)風(fēng)作用于海面以上目標(biāo)的受力面積相對海上目標(biāo)的風(fēng)速流拖曳系數(shù)海流作用于海面以下目標(biāo)的受力面積相對海上目標(biāo)的流速海上目標(biāo)的長度波浪振幅二、溢油行為及歸宿

海上溢油的行為和歸宿受油品特性和多種環(huán)境因素支配，經(jīng)歷著擴(kuò)展、漂移、蒸發(fā)、溶解、分散、乳化、生物降解、光氧化、沉降及其相互作用的復(fù)雜過程。分別研究這些過程和相互作用，是預(yù)報模擬溢油行為和歸宿的基礎(chǔ)。二、溢油行為及歸宿溢油入水初期首先經(jīng)歷重力擴(kuò)展階段，在此階段海流和風(fēng)對油膜擴(kuò)展的影響較?。浑S著重力擴(kuò)展減弱、溢油厚度減小，油膜過渡到剪切擴(kuò)展階段，該階段受海流和風(fēng)的影響顯著，油膜擴(kuò)展主要由油膜底部與水、油膜上部與風(fēng)之間的粘滯力驅(qū)動，流場和風(fēng)場的變化起著重要作用；該階段受海流和風(fēng)的影響顯著，油膜擴(kuò)展主要由油膜底部與水、油膜上部與風(fēng)之間的粘滯力驅(qū)動，流場和風(fēng)場的變化起著重要作用。隨著剪切擴(kuò)展的衰弱、油膜厚度的減小，油膜最終過渡到隨流漂移階段。漂移或稱溢油平流，指油膜團(tuán)在風(fēng)、表層和次表層流、以及波浪的作用下的平移運(yùn)動。漂移運(yùn)動取決于平流條件。在油－水界面上，油膜漂移主要受風(fēng)的切應(yīng)力、表層/次表層流和余流（波生余流、湖余流）控制。油膜平流實(shí)質(zhì)上是油膜在上述合成環(huán)境動力作用下的拉格朗日漂移過程，依賴于海面風(fēng)場和流場。二、溢油行為及歸宿蒸發(fā)是海面溢油中的石油烴較輕組分從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)向大氣的質(zhì)量傳輸，是溢油風(fēng)化的主要過程。溢油的若干物理性質(zhì)（密度、粘度、組成等）都隨蒸發(fā)過程而改變。溢油蒸發(fā)量受溢油面積、油膜厚度、油蒸氣壓和質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)的強(qiáng)烈影響（Gundlach&Boekm，1981），而蒸氣壓和質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)則主要決定于風(fēng)速。所以環(huán)境條件（主要是風(fēng)）是蒸發(fā)過程的控制因素。溶解作用是漂浮或懸浮石油烴進(jìn)入水體的質(zhì)量傳輸過程，是溢油發(fā)生后活動最短的一個過程，有效時間僅1小時左右。由風(fēng)浪產(chǎn)生的破碎波將溢油以微?；旌象w系形式分散到水體中去的垂直湍流分散過程，粒度范圍為5微米到若干毫米。油排放10小時左右時分散作用最大。在分散形式之后的溢油存在期間，微粒仍被繼續(xù)分散。破碎波形成的湍流在分散過程中起主要作用。油的分散過程可持續(xù)到104小時之久，二、溢油行為及歸宿乳化是溢油的風(fēng)化過程之一。在破碎波產(chǎn)生的湍流過程中，水滴被分散到油里形成油包水乳濁液，呈黑褐色粘性泡沫狀乳油漂浮于海面，即所謂“巧克力奶油凍”（mousee）。乳化過程使油的粘性和容積逐漸增大。雖然這一過程的機(jī)制尚不太清楚，但已確知乳化與湍流、油成分及溫度有關(guān)。海洋中到處存在著分解烴類的微生物，多達(dá)上百種。由于它們的代謝以分解石油作為碳素的主要來源，海洋環(huán)境中的烴類殘留物才不至大量積累。至今還沒有可計算海洋環(huán)境中原油生物降解率的實(shí)用公式。由于該過程的復(fù)雜性，大多數(shù)微生物－烴類相互作用研究都是在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行的，其結(jié)果在海洋業(yè)務(wù)中實(shí)際應(yīng)用還較為困難。二、溢油行為及歸宿光氧化是溢油在太陽光作用下，經(jīng)歷氧化、磁化、水解并產(chǎn)生氧化物的降解過程（Payne&Phillip1985）。此過程在溢油頭幾天不甚重要，但在幾周后或更長時間里變得相對重要。在溢油應(yīng)急預(yù)報中，光氧化遠(yuǎn)不及其他物理過程重要，一般均不予考慮。油密度隨風(fēng)化而增大，當(dāng)超過海水密度時便開始下沉。漂浮油和分散油密度的增加是由于以下過程作用的結(jié)果：油附著于懸浮物碎屑上；溶解烴吸附在懸浮顆粒上；通過風(fēng)化產(chǎn)生的油下沉過程。目前，油下沉過程尚不能準(zhǔn)確預(yù)測。三、有害物質(zhì)在海水環(huán)境中的行為歸宿010203

廣義的物理擴(kuò)散包括散化污染物在水體中發(fā)生的各種物理變化和運(yùn)動。狹義的物理擴(kuò)散僅指污染物在海流和風(fēng)的影響下，受平流擴(kuò)散和湍流擴(kuò)散的聯(lián)合作用而散布的過程。

化學(xué)反應(yīng)過程，包括水解、光解和氧化反應(yīng)等，這主要取決于散化本身的化學(xué)特性?；瘜W(xué)變化一定程度上還受到水溫、氣壓等環(huán)境條件的影響。泄露散化可能參與的生物過程主要包括生物降解和生物積累，這些過程同樣受到眾多因素的影響。物理擴(kuò)散化學(xué)反應(yīng)生物過程化學(xué)品進(jìn)入水中的歸宿，主要分為以下三類：短期歸宿（1）完全溶于水的有害物質(zhì)：以不同的溶解速度進(jìn)入海水水體（根據(jù)溶解性特點(diǎn)區(qū)分），海水中有害物質(zhì)的濃度也會經(jīng)歷先升高在下降然后逐漸消失的一個過程。（2）完全不溶于水的：會被海水逐漸稀釋并以不同大小的顆粒、微粒存在，或者被水中的懸浮物質(zhì)吸附。同時，由于不同有害物質(zhì)的密度大小不一，根據(jù)其與海水的比重大小，大致會出現(xiàn)3種歸宿狀態(tài)：漂浮于海表面、懸浮于海水水體中、沉降至海底。

長期歸宿（1）完全可降解的有害物質(zhì)：進(jìn)入海水環(huán)境中經(jīng)過一系列的物理、化學(xué)及生物反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水。（2）完全不可降解的又害：大部分親脂性且不易降解的有害物質(zhì)將以原始形態(tài)繼續(xù)留存在海水水體中。

第三節(jié)

搜救軌跡預(yù)報一、海上目標(biāo)漂移試驗(yàn)海上目標(biāo)漂移實(shí)驗(yàn)是通過對不同的失事目標(biāo)物進(jìn)行海上自由漂移實(shí)驗(yàn)，同時觀測現(xiàn)場的海洋氣象環(huán)境數(shù)據(jù)，獲取海洋氣象環(huán)境數(shù)據(jù)對不同失事目標(biāo)物的影響規(guī)律，擬合參數(shù)加入海上搜救預(yù)報模式，完善搜救模型參數(shù)庫；同時利用海上試驗(yàn)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗(yàn)證和優(yōu)化現(xiàn)有搜救模型參數(shù)，提高搜救預(yù)報的精度。我國自開展海上搜救模型研究以來也開展了大量的海上試驗(yàn)，以此來驗(yàn)證和優(yōu)化自己創(chuàng)建的搜救模型，并同國外搜集模型進(jìn)行對比驗(yàn)證。這里主要具體介紹兩次海上試驗(yàn)以做了解和參考。（一）試驗(yàn)案例舟山黃澤洋海上漂移試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)物拋放點(diǎn)在圖紅色方框范圍內(nèi)（122°51.279′E，30°30.123′N）。該海域海流以半日潮周期的潮流為主，潮流最大流速一般不超過兩節(jié)。時間從2015年6月4日至6月5日本次海上實(shí)驗(yàn)共投入三條船舶（A、B、C船），進(jìn)行假人和救生筏的漂流追蹤，以及海上風(fēng)場、流場的觀測記錄。（一）試驗(yàn)案例舟山黃澤洋海上漂移試驗(yàn)觀測方式任務(wù)內(nèi)容風(fēng)流浪A船：浙定漁運(yùn)01025船走航負(fù)責(zé)假人、浮標(biāo)和救生筏的布放、追蹤、回收，及當(dāng)前位置的海流、風(fēng)場同步觀測。FYF-1型便攜式手持測風(fēng)儀美國勞雷公司的RDI“瑞江”系列ADCP進(jìn)行海流觀測B船：海警2501船走航主要負(fù)責(zé)跟蹤救生筏，并接收假人、救生筏上的GPS定位儀發(fā)射的信號。（指揮調(diào)度）FYF-1型便攜式手持測風(fēng)儀目測C船：浙岱漁運(yùn)03316船定點(diǎn)主要負(fù)責(zé)起始布放點(diǎn)的海流、海浪、風(fēng)場的同步觀測。FYF-1型便攜式手持測風(fēng)儀美國勞雷公司的RDI“瑞江”系列ADCP進(jìn)行海流觀測目測風(fēng)：每半小時觀測一次，取1分鐘平均風(fēng)速；GPS定位：每30分鐘記錄一次位置數(shù)據(jù)。C船站位：30°30.395′N，122°51.019′E。

漂移物參數(shù)假人

漂移物參數(shù)救生筏材質(zhì)熱塑混合膠重量45KG重量25KG長225cm寬40cm寬225cm高150cm高125cm是否有救生衣/潛水服有淺/重壓艙水系統(tǒng)沙袋配重300KG水平/垂直/坐立水平半徑113cm露出水面比例1：1載重核定15人是否有蓬有是否有航標(biāo)燈有漂移物基本參數(shù)（一）試驗(yàn)案例舟山黃澤洋海上漂移試驗(yàn)5日5:00至17:00，風(fēng)速3~4級風(fēng)為主，最大風(fēng)速7.3m/s；風(fēng)向北風(fēng)和西北風(fēng)為主，15點(diǎn)后轉(zhuǎn)為東北風(fēng)。海浪以小于1.2米的輕浪為主；浪向主要為北向，15點(diǎn)后轉(zhuǎn)為東向。5日5:27實(shí)驗(yàn)開始后，三種漂浮物都在漲、落潮流的作用下沿東南—西北方向往復(fù)運(yùn)動，但帶有一定的順時針旋轉(zhuǎn)特征，同時受西北風(fēng)的影響，運(yùn)動軌跡偏東南向。目標(biāo)物運(yùn)動方向大體跟表層流流向一致，說明浮標(biāo)、假人和救生筏在實(shí)驗(yàn)期間的運(yùn)動軌跡都主要受到潮流的影響。三種漂浮物受海表面風(fēng)的影響各不相同。其中浮標(biāo)受風(fēng)的影響較小，運(yùn)動軌跡最能反映潮流場特征；假人和救生筏受西北風(fēng)影響較大（一）試驗(yàn)案例青島大公島海上漂移試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)物拋放點(diǎn)在圖藍(lán)色方框范圍內(nèi)。藍(lán)色方框中心（點(diǎn)B）坐標(biāo)為120°34′02″E，35°52′58″N。目標(biāo)物投放點(diǎn)（點(diǎn)A）位置120°30′54″E，35°49′51″N。2014年7月20日至21日進(jìn)行投放假人A（救生衣A）和假人B（救生衣B）；投放浮標(biāo)A（掛帆）和浮標(biāo)B（不掛帆）；投放救生筏，并采用沙袋配重約400公斤。并放浮標(biāo)C和救生衣C于救生筏上，進(jìn)行定位。船舶1艘為中國海警1111船。（一）試驗(yàn)案例青島大公島海上漂移試驗(yàn)黑色為救生筏，藍(lán)色為不加帆的浮標(biāo)，紅色為加帆的漂流浮標(biāo)的數(shù)據(jù)。救生筏開始是向西北方向漂移，隨后21日01:46向東北方向漂移，最終位置停留在相距拋放點(diǎn)的正北向約10km處；無帆的漂流浮標(biāo)先是向北偏西方向漂移，在21日01:47開始向東偏北方向漂移，最終位置在拋放點(diǎn)東北向約4km處；加帆后的漂流浮標(biāo)先是向西南向漂移，在21日01:47幾乎沿原路徑返回。（二）試驗(yàn)規(guī)范海上目標(biāo)漂移實(shí)驗(yàn)由于不同的實(shí)驗(yàn)開展單位、操作人員和實(shí)驗(yàn)用途，帶有很大的隨意性，導(dǎo)致部分實(shí)驗(yàn)獲得的現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)很難應(yīng)用于實(shí)際的工作中，造成了有限資源的浪費(fèi)得同時也大程度上阻礙了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)用。因此在進(jìn)行海上目標(biāo)漂移實(shí)驗(yàn)時，應(yīng)注意相關(guān)的方法和程序等細(xì)節(jié)，主要包括以下方面：試驗(yàn)流程海上目標(biāo)特征的測量海上目標(biāo)漂移軌跡的觀測海流的觀測海面風(fēng)的觀測記錄方法2016年6月由預(yù)報司以技術(shù)文件的形式下發(fā)給各相關(guān)單位（二）試驗(yàn)規(guī)范二、搜救預(yù)報技術(shù)發(fā)展上世紀(jì)50年代，主要以IAMSAR手冊中的方法，以紙和筆為工具，通過計算風(fēng)、流作用下的漂移運(yùn)動，以及先前搜尋的漂移誤差，來確定搜尋區(qū)域。上世紀(jì)70年代，基于計算機(jī)、GIS等工具軟件，搜救預(yù)報技術(shù)實(shí)現(xiàn)了手冊方法的自動化，相繼發(fā)展了美國海岸警衛(wèi)隊(duì)的SARP、加拿大海岸警衛(wèi)隊(duì)的CANSARP、美國ASA公司的SARMAP、英國BMT公司的SARIS、加拿大國防研究發(fā)展中心SARPLAN。進(jìn)入21世紀(jì)以來，CANSARP系統(tǒng)、SARMAP系統(tǒng)以及SARIS系統(tǒng)都增加了基于蒙特卡洛方法的計算模型。SARIS系統(tǒng)CANSARP系統(tǒng)SARMAP系統(tǒng)二、搜救預(yù)報技術(shù)發(fā)展我國學(xué)者從20世紀(jì)90年代末才開始海上搜救決策支持系統(tǒng)的研究，探討在計算機(jī)上實(shí)現(xiàn)手冊方法的自動化，搜救預(yù)報技術(shù)以漂移軌跡預(yù)報、搜尋區(qū)域確定為主。漂移軌跡預(yù)報技術(shù)主要考慮海面風(fēng)場、表層海流等環(huán)境場對海上搜救目標(biāo)漂移的影響。搜尋區(qū)域確定的研究主要是對比解析法和蒙特卡洛方法的對比和驗(yàn)證。由于風(fēng)、浪導(dǎo)致的漂移過程無法準(zhǔn)確區(qū)分，從前人研究結(jié)果看，考慮海浪作用力后，海上目標(biāo)漂移模擬的改善效果不一，有學(xué)者在模型中忽略波浪的作用，在不考慮涌浪時，可將風(fēng)浪的作用力通過調(diào)高風(fēng)拖曳系數(shù)的方法體現(xiàn)風(fēng)浪對漂移的影響。四階精度拉格朗日質(zhì)點(diǎn)漂移模型：基于龍格－庫塔差分方法，利用在（xn，xn＋1）之間預(yù)測多點(diǎn)的斜率，通過加權(quán)平均作為平均斜率以提高積分精度。它具有四階精度。公式如下：船舶漂移速度計算采用非線性模型：基于無動力船只海上漂移試驗(yàn)的分析結(jié)果，考慮風(fēng)、流對船舶（漁船）漂移速度的非線性作用項(xiàng)，其預(yù)報精度較線性模型有了明顯的改善。人：船：線性模型非線性模型三、搜救目標(biāo)漂移預(yù)報模式（一）國家海洋環(huán)境預(yù)報中心搜救模型（NMEFCSAR）三、搜救目標(biāo)漂移預(yù)報模式（二）風(fēng)壓模型（LEEWAY）風(fēng)壓漂移是海上目標(biāo)水面以上部分受風(fēng)、浪作用而發(fā)生的相對于局地海流的運(yùn)動。風(fēng)壓方法的研究始于Pingree（1944）關(guān)于海軍救生筏的風(fēng)壓漂移的報告，該方法通過開展大量的海上目標(biāo)漂移試驗(yàn)來獲取漂移觀測數(shù)據(jù)，利用經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計方法擬合得到風(fēng)壓與海面風(fēng)速之間的關(guān)系，確定模型參數(shù)，忽略波浪作用力，將尺寸小于30m的海上目標(biāo)所受到的波浪作用力考慮到水面以上部分受到的風(fēng)致漂移中。該模型參數(shù)均是通過開展海上漂移試驗(yàn)，利用經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計方法對試驗(yàn)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究得到的，從20世紀(jì)60年代起，有學(xué)者通過開展不同類型海上目標(biāo)漂移試驗(yàn)，已積累了可靠的漂移目標(biāo)參數(shù)類型約63種，還有一些近年開展的相關(guān)研究結(jié)果未納入進(jìn)來。DownwindslopedownwindoffsetDownwindstddevWindspeedat10metersLeft-driftingRight-driftingrandomnumber三、搜救目標(biāo)漂移預(yù)報模式（二）風(fēng)壓模型（LEEWAY）四、國家海上搜救環(huán)境保障服務(wù)平臺該平臺是國家海洋局組織兩個國家級和三個海區(qū)級海洋預(yù)報機(jī)構(gòu)，共同打造的全國統(tǒng)一的搜救環(huán)境保障服務(wù)業(yè)務(wù)平臺?！捌脚_”采用面向服務(wù)的SOA架構(gòu)研發(fā)，整合了國家海洋局五家預(yù)報機(jī)構(gòu)的海洋動力環(huán)境預(yù)報數(shù)據(jù)和搜救漂移預(yù)測模型，面向用戶提供“交互式、自動化、高效率”的海上搜救漂移預(yù)測和海洋環(huán)境信息查詢服務(wù)。目前該平臺在北海分局、東海分局、南海分局、國家海洋信息中心、國家海洋環(huán)境預(yù)報中心部署業(yè)務(wù)化運(yùn)行。并為中國海上搜救中心、各省市海上搜救中心，以及戰(zhàn)略支援部隊(duì)氣象水文空間環(huán)境中心、東部戰(zhàn)區(qū)和北部戰(zhàn)區(qū)海軍航保部海洋水文中心，浙江省海洋監(jiān)測預(yù)報中心、上海海洋環(huán)境監(jiān)測預(yù)報中心等二十余家單位進(jìn)行了客戶端的安裝和培訓(xùn)。此外在“中國--東盟海上基金”項(xiàng)目的資助下，與印度尼西亞和馬來西亞相關(guān)機(jī)構(gòu)合作，“搜救平臺”將于2018年實(shí)現(xiàn)對印度尼西亞和馬來西亞海域的搜救環(huán)境保障服務(wù)工作。四、國家海上搜救環(huán)境保障服務(wù)平臺全國海上搜救環(huán)境保障服務(wù)平臺結(jié)構(gòu)搜救服務(wù)請求響應(yīng)流程圖四、國家海上搜救環(huán)境保障服務(wù)平臺環(huán)境動力數(shù)據(jù)傳輸流程四、國家海上搜救環(huán)境保障服務(wù)平臺四、國家海上搜救環(huán)境保障服務(wù)平臺四、國家海上搜救環(huán)境保障服務(wù)平臺四、國家海上搜救環(huán)境保障服務(wù)平臺第四節(jié)

溢油漂移擴(kuò)散預(yù)報一、溢油實(shí)驗(yàn)數(shù)值模型的可信度及預(yù)報結(jié)果的準(zhǔn)確度驗(yàn)證需要試驗(yàn)的驗(yàn)證。受到政策的限制，我國和大部分國家不允許在海上進(jìn)行溢油試驗(yàn)，并且溢油的現(xiàn)場試驗(yàn)耗資巨大，因此文獻(xiàn)中的溢油的大尺度現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)相對稀少。2000年，“Deepspill”試驗(yàn)(Johansenetal.2003)在挪威北海水深為844米處有控制地釋放了油氣混合物。文獻(xiàn)中大多數(shù)水下溢油模型采用了這幾次試驗(yàn)數(shù)據(jù)開展驗(yàn)證工作。ROV觀測的天然氣所形成的氣泡流釋放柴油后形成的海面油污一、溢油實(shí)驗(yàn)由于現(xiàn)場試驗(yàn)的局限性，國內(nèi)外開展了小尺度和中尺度溢油試驗(yàn)。SINTEF實(shí)驗(yàn)室在墨西哥溢油事故期間建立了直徑為3米，高為6米的圓柱形水池，研究了不同體積流量、GOR和加入消油劑前后的油滴粒徑分布特征(Brandviketal.2013)。中海油環(huán)保服務(wù)有限公司（天津）搭建了1m×1m×2m(長×寬×高)的水下溢油模擬實(shí)驗(yàn)裝置,開展消油劑作用下的蓬萊19-3原油水下噴射實(shí)驗(yàn),以油滴體積分布和體積中值粒徑為指標(biāo),考察不同消油劑使用量對水下溢油油滴破碎的影響（見圖7.35）（錢國棟等2016)。水下溢油模擬實(shí)驗(yàn)裝置示意圖(1．水下溢油模擬實(shí)驗(yàn)水槽;2．實(shí)驗(yàn)用水配制水槽;3．溢油噴射單元;4．信息采集單元)二、溢油預(yù)報技術(shù)發(fā)展歷程國外自20世紀(jì)60年代已開始了溢油輸運(yùn)擴(kuò)散數(shù)值模擬預(yù)報方法研究。Reed等對20世紀(jì)溢油模型研究和發(fā)展進(jìn)行了回顧，溢油模型研究可分為3大模擬類別和研究階段：Fay模式、基于歐拉觀點(diǎn)求解對流-擴(kuò)散方程、基于拉格朗日觀點(diǎn)的“油粒子”模式。進(jìn)入21世紀(jì)后，基于各種模擬方法都有其各自的優(yōu)勢和劣勢，一部分學(xué)者提出針對溢油不同階段采用不同模擬方法進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)。同時，各國基于溢油模型相繼建立并完善溢油業(yè)務(wù)化預(yù)測系統(tǒng)。二、溢油預(yù)報技術(shù)發(fā)展歷程早期經(jīng)典的溢油擴(kuò)展模型是Fay（1969）提出的在靜水或恒流環(huán)境下，油膜所受的重力、表面張力、慣性力和粘性力形成兩兩平衡的擴(kuò)散三階段理論。在此基礎(chǔ)上，許多學(xué)者考慮實(shí)際海洋動力環(huán)境的影響，提出一系列的改進(jìn)模式，如Liu等、Lehr等的有關(guān)溢油行為和性質(zhì)的預(yù)報模式。Fay理論的修正模型在一定程度上取得了較好的計算結(jié)果,早期得到了廣泛的應(yīng)用。該模式對溢油軌跡的計算比較準(zhǔn)確,但油膜擴(kuò)散面積的可靠性仍有不足。同時上述油膜行為模式都是以油膜連續(xù)性為前提的，因而不能重現(xiàn)實(shí)際存在的油膜的破裂過程。眾多關(guān)于水下溢油的理論和實(shí)驗(yàn)研究表明，F(xiàn)ay模式并不適用于水下溢油的模擬。（一）Fay模式及其修訂模式二、溢油預(yù)報技術(shù)發(fā)展歷程該數(shù)值方法由二維有限流體動力學(xué)和油在溢出地的壽命分析所組成，將海上已知的溢油量或者根據(jù)環(huán)境影響評估得到的一個濃度作為源項(xiàng)，加入動力學(xué)方程，然后數(shù)值求解對流-擴(kuò)散方程。該方法的主要困難在于穩(wěn)定性問題,即數(shù)值離散化過程中可能會引進(jìn)與物理擴(kuò)散無關(guān)的數(shù)值擴(kuò)散,破壞了油源附近的高濃度梯度區(qū)質(zhì)量守恒條件，并可能導(dǎo)致負(fù)濃度的出現(xiàn)，使得所得結(jié)果失真,不能描述真實(shí)的物理過程。代表性的是日本人FumioHoriguchi等（掘口文男等，1991）采用該方法模擬了海灣戰(zhàn)爭期間阿拉伯灣的溢油，雖然結(jié)果給出了表面油膜和進(jìn)入水體中油的分布，但其結(jié)果與實(shí)測結(jié)果誤差較大。另外，還有一些溢油過程難以利用對流-擴(kuò)散方程來模擬，如比較典型的非Fick擴(kuò)散問題，而且此方法的三維溢油平流擴(kuò)散數(shù)值模擬運(yùn)行所需時間很長，不能滿足溢油應(yīng)急預(yù)報的時效要求。（二）基于歐拉觀點(diǎn)求解對流-擴(kuò)散方程二、溢油預(yù)報技術(shù)發(fā)展歷程溢油輸運(yùn)擴(kuò)散模式一個重要的新發(fā)展，是Johanseen（1982、1985、1987）和Johanseen&Audunson（1982）以及Elliott(1986)提出的所謂“油粒子”模式（Parcelmodel）。在該理論中，油作為被破碎后參混到水中的“油微?！眮砟M溢油的歸宿。該方法正確解釋了溢油在重力擴(kuò)展停止以后的擴(kuò)散現(xiàn)象問題，突破了采用對流-擴(kuò)散方程模擬溢油的缺陷，不僅避免了對流擴(kuò)散模式本身帶來的數(shù)值擴(kuò)散問題，同時還可以正確重現(xiàn)海上油膜的破碎分離現(xiàn)象，更確切地表述溢油對各種海洋動力因素的響應(yīng)，準(zhǔn)確描述溢油的真實(shí)擴(kuò)散過程。因此，“油粒子”模式在溢油模擬發(fā)展過程中具有劃時代的意義，也成為了當(dāng)今主流的溢油模式。國內(nèi)外很多學(xué)者對其進(jìn)行了應(yīng)用和發(fā)展，并得到了較理想的結(jié)果。Shen等、楊小慶等、Yapa等分別建立的河流溢油傳輸數(shù)學(xué)模型；Zhang等建立了一種海上溢油行為預(yù)報模式（SURF模式），考慮了油膜的輸運(yùn)和風(fēng)化過程；張存智等建立了三維溢油動態(tài)預(yù)報模型并應(yīng)用于渤海灣，模型結(jié)果與衛(wèi)星資料較吻合；Lou等對三維溢油的擴(kuò)散過程做了理論推導(dǎo)。（三）基于拉格朗日觀點(diǎn)的“油粒子”模式二、溢油預(yù)報技術(shù)發(fā)展歷程基于“油粒子”概念的溢油模型代表了當(dāng)今油膜行為研究的新趨向，但這一理論也有不足之處，特別是由于計算機(jī)能力限制，為滿足預(yù)報時效要求，采用該方法必須對粒子數(shù)進(jìn)行限定。另外，雖然該方法能夠準(zhǔn)確地模擬出溢油在重力擴(kuò)展停止以后的擴(kuò)散現(xiàn)象，但忽略了溢油初期重力和慣性力作用下的自身擴(kuò)展過程。對于小規(guī)模溢油，油膜的自身擴(kuò)展過程較短，初期擴(kuò)展面積較小，對其作忽略處理而直接模擬溢油的湍流擴(kuò)散過程對計算結(jié)果影響不大，但對于大規(guī)模瞬時溢油，油品泄漏時間很短的情況，油膜面積將在短時間內(nèi)急劇擴(kuò)大，隨后擴(kuò)延速度變慢，溢油初期的自身擴(kuò)展效應(yīng)顯著大于湍流擴(kuò)散效應(yīng)，而該方法采用湍流擴(kuò)散來模擬油膜的自身擴(kuò)展過程就顯的不夠合理。（三）基于拉格朗日觀點(diǎn)的“油粒子”模式二、溢油預(yù)報技術(shù)發(fā)展歷程基于各種模擬方法都有其各自的優(yōu)勢和劣勢，近幾年，Guo等提出采用混合方法模擬溢油漂移擴(kuò)散過程，針對不同的預(yù)報要素采取不同的模擬方法。比如，對于海面溢油，初期的溢油擴(kuò)展可以采用改進(jìn)的Fay模式進(jìn)行模擬，在油膜厚度變化到達(dá)最終厚度后，采用“油粒子”拉格朗日隨機(jī)游走方法模擬預(yù)報溢油輸運(yùn)路徑和影響范圍?！坝土Ｗ印贝瓜驍U(kuò)散比例及入水深度則采用實(shí)驗(yàn)獲取的經(jīng)驗(yàn)概率公式進(jìn)行計算。油膜厚度的模擬采用油膜動力學(xué)模型求解。進(jìn)入水體后的溢油，則在考慮海流的垂向湍流作用下采用“油粒子”拉格朗日隨機(jī)游走方法進(jìn)行模擬。溢油濃度的模擬則通過求解溢油濃度輸運(yùn)方程來獲得。（四）優(yōu)勢互補(bǔ)型混合模擬方法三、溢油漂移擴(kuò)散數(shù)值預(yù)測模型Lagrangian隨機(jī)游走方法的“油粒子”模型（一）海上溢油輸運(yùn)擴(kuò)散模型為標(biāo)準(zhǔn)高斯'whitenoise'，為水平擴(kuò)散系數(shù)，為垂向擴(kuò)散系數(shù)，為時間步長，為常數(shù)。假設(shè)水平擴(kuò)散為Fick擴(kuò)散，用垂向渦旋粘性()代表，源自由于海面波浪導(dǎo)致的雷諾應(yīng)力的半經(jīng)驗(yàn)公式（Ichiye,1967）隨機(jī)游走方法三、溢油漂移擴(kuò)散數(shù)值預(yù)測模型（一）海上溢油輸運(yùn)擴(kuò)散模型2階精度軌跡計算方案4階精度軌跡計算方案三、溢油漂移擴(kuò)散數(shù)值預(yù)測模型（一）海上溢油輸運(yùn)擴(kuò)散模型蒸發(fā)擴(kuò)展乳化密度變化粘度變化模型中考慮了溢油的擴(kuò)展、蒸發(fā)、乳化、密度變化、粘性度變化。三、溢油漂移擴(kuò)散數(shù)值預(yù)測模型（二）海上溢油風(fēng)化模型1）蒸發(fā)：2）乳化：3）密度變化：Stiver和Mackay(1985)Mackay等（1980）三、溢油漂移擴(kuò)散數(shù)值預(yù)測模型（二）海上溢油風(fēng)化模型當(dāng)水中油滴升到海面時，便成為表面粒子并與其他的表面粒子一起隨表面流平移和擴(kuò)散。當(dāng)水中油滴下沉到海底時，則認(rèn)為其粘在海底上，在模擬中也聲明該粒子“死掉”，不再參與計算。當(dāng)“油粒子”運(yùn)動位置超出模式計算海域時，在模擬中也聲明該粒子“死掉”，不再參與計算。當(dāng)“油粒子”到達(dá)海岸時，我們采用ZHANG（1997）文中所用的方法來判定“油粒子”是否靠岸，如果靠岸則不再參與計算。三、溢油漂移擴(kuò)散數(shù)值預(yù)測模型（三）油粒子擴(kuò)散邊界條件處理三、溢油漂移擴(kuò)散數(shù)值預(yù)測模型（四）溢油輸運(yùn)擴(kuò)散及歸宿數(shù)值模式設(shè)計及計算流程海面溢油水下溢油擱淺溢油風(fēng)表層海流水平擴(kuò)散浮力波浪海流水平擴(kuò)散垂向擴(kuò)散輸運(yùn)模塊風(fēng)化模塊蒸發(fā)乳化密度溢油輸運(yùn)擴(kuò)散及歸宿數(shù)值模式結(jié)構(gòu)設(shè)計圖模式計算流程圖四、溢油業(yè)務(wù)化數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)1．海上溢油應(yīng)急預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)

該系統(tǒng)是由國家海洋環(huán)境預(yù)報中心建立的，在溢油漂移擴(kuò)散數(shù)值模型的基礎(chǔ)上,耦合國家海洋環(huán)境預(yù)報中心目前業(yè)務(wù)化運(yùn)行的海流和風(fēng)場數(shù)值預(yù)報系統(tǒng),建立了業(yè)務(wù)化海上三維溢油應(yīng)急預(yù)報系統(tǒng)。2008年實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的業(yè)務(wù)化應(yīng)用，為“大連輸油管爆炸溢油”，“蓬萊19-3油田溢油”等溢油事件中的應(yīng)急預(yù)報保障工作提供重要的技術(shù)支持。系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為：（1）系統(tǒng)模擬范圍覆蓋整個全球海域；（2）基于拉格朗日“油粒子”模型，考慮風(fēng)場、海流、海浪、浮力以及湍流對溢油漂移擴(kuò)散的影響；（3）能處理不同類型的油源類型和油源信息；（4）與業(yè)務(wù)化的風(fēng)場、海流系統(tǒng)相銜接能使預(yù)報結(jié)果更加及時、準(zhǔn)確。（一）國內(nèi)溢油業(yè)務(wù)化數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)四、溢油業(yè)務(wù)化數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)2．中國近海海上溢油預(yù)測與應(yīng)急決策支持系統(tǒng)

該系統(tǒng)是由中海石油環(huán)保服務(wù)有限公司開發(fā)的，由三維水動力模型、溢油風(fēng)化模型、環(huán)境敏感區(qū)圖和決策支持模型組成。系統(tǒng)能夠預(yù)測海面油膜的漂移-擴(kuò)散行為和風(fēng)化過程,提供敏感區(qū)污染預(yù)警和資源優(yōu)先保護(hù)次序、溢油應(yīng)急優(yōu)化方案以及溢油清污效果實(shí)時動態(tài)模擬。系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：（1）可提供海上溢油動態(tài)數(shù)值預(yù)測；（2）提供敏感區(qū)預(yù)警和優(yōu)先保護(hù)次序；（3）提供溢油事故的處理及人員、設(shè)備的配備與調(diào)動方案；（4）提供溢油清污實(shí)時動態(tài)模擬效果；（5）系統(tǒng)基于C/S模式構(gòu)建，通過互聯(lián)網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)提供客戶服務(wù)；（一）國內(nèi)溢油業(yè)務(wù)化數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)四、溢油業(yè)務(wù)化數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)3．渤海海域溢油應(yīng)急預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)

該系統(tǒng)由國家海洋信息中心研發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)對溢油污染物快速準(zhǔn)確的模擬預(yù)報及溯源回推。該系統(tǒng)由海流數(shù)值預(yù)報模型、波浪數(shù)值預(yù)報模型、海面風(fēng)場數(shù)值預(yù)報模型和溢油漂移擴(kuò)散數(shù)值預(yù)報模型、可視化系統(tǒng)五部分組成，系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為：（1）該系統(tǒng)將海流模塊、海浪模塊以及大氣模塊集成為預(yù)報系統(tǒng)，并在計算服務(wù)器上進(jìn)行無人值守自動業(yè)務(wù)化運(yùn)行。（2）融合NET平臺的可移植性與ArcEngine9.3的可視化和空間顯示分析功能于一體。（3）實(shí)現(xiàn)了S57海圖、常規(guī)海圖、常規(guī)陸域電子地圖、衛(wèi)星遙感影像的同步分圖層顯示。（4）建立了溢油環(huán)境敏感資源多媒體信息管理系統(tǒng)，包括環(huán)境敏感資源原始技術(shù)和影像資料數(shù)據(jù)、環(huán)境敏感資源敏感性和優(yōu)先保護(hù)次序技術(shù)指標(biāo)等。（5）建立了溢油應(yīng)急資源信息管理系統(tǒng)，包括應(yīng)急設(shè)備庫分布、應(yīng)急隊(duì)伍分布等。（一）國內(nèi)溢油業(yè)務(wù)化數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)四、溢油業(yè)務(wù)化數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)1.OILMAPOILMAP是美國ASA（AppliedScienceAssociate）公司自20世紀(jì)80年代開始研發(fā)的溢油系統(tǒng)，目前已成為一個綜合性且應(yīng)用廣泛的溢油數(shù)值模擬系統(tǒng)。能預(yù)測油膜漂移軌跡、掃海面積，還能進(jìn)行溯源回推，以確定溢油位置。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為：（1）三維計算模型，能追蹤溢油的風(fēng)化過程及溢油在水上/水下的運(yùn)動軌跡；（2）具有溯源功能，能反推溢油的來源；（3）能模擬溢油與岸線、海床、冰面覆蓋區(qū)的相互作用；（4）可輸入觀測的實(shí)時數(shù)據(jù)信息對模擬結(jié)果進(jìn)行更新；（二）國外溢油業(yè)務(wù)化數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)四、溢油業(yè)務(wù)化數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)2.OSCAR(oilspillcontingencyandresponse)OSCAR是由挪威科技工業(yè)研究院開發(fā)，主要是為溢油事故的應(yīng)急響應(yīng)提供客觀分析的三維溢油模型，可以量化分散油云的變化，主要包括溢油風(fēng)化模型、三維溢油軌跡模型、行為歸宿模型、暴露模型等。能模擬溢油漂移軌跡和風(fēng)化過程，通過模擬為溢油應(yīng)急反應(yīng)做策略分析，能計算海面和水體中的溢油對海洋生物的短期及長期影響。（二）國外溢油業(yè)務(wù)化數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)四、溢油業(yè)務(wù)化數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)3.GNOME(GeneralNOAAOilModelingEnvironment)GNOME是NOAA的HAZMAT(HazardousMaterialsResponseDivision)開發(fā)的溢油模型，能模擬由風(fēng)、海流、潮和擴(kuò)散引起的溢油漂移路徑，可讀取各種網(wǎng)格的流場數(shù)據(jù)，包含三種輸出模塊，應(yīng)用性較廣，可輸出粒子擴(kuò)散圖片和動畫，并估算出某時刻附岸、漂浮、蒸發(fā)、分解等不同狀態(tài)的溢油量，進(jìn)行實(shí)時溢油預(yù)測，指導(dǎo)溢油應(yīng)急反應(yīng)，可建立溢油地理信息檔案。（二）國外溢油業(yè)務(wù)化數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)五、西北太平洋海域溢油應(yīng)急

預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)及平臺目前國家海洋環(huán)境預(yù)報中心溢油應(yīng)急預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)報范圍已覆蓋整個西北太平洋海域，能進(jìn)行72小時的短期預(yù)報和中長期的后報。該系統(tǒng)采用了基于“油粒子”方法建立的溢油漂移擴(kuò)散模型，并結(jié)合了中心已業(yè)務(wù)化運(yùn)行的西北太平洋海流和風(fēng)場預(yù)報系統(tǒng)，可對海面油井平臺瞬時或者連續(xù)溢油、海面運(yùn)動油輪連續(xù)溢油、海底沉船連續(xù)溢油、海底輸油管道連續(xù)溢油、提取衛(wèi)星圖片中油膜形態(tài)和油膜位置預(yù)報油膜的漂移路徑、范圍和登陸點(diǎn)等進(jìn)行模擬預(yù)報。系統(tǒng)控制中心自動運(yùn)行預(yù)處理和各模式。數(shù)據(jù)交換中繼，根據(jù)各模塊需求自動獲取和發(fā)送數(shù)據(jù)及控制指令預(yù)處理模塊確定系統(tǒng)各模式的啟動時間、預(yù)報時效、范圍環(huán)境動力模塊輸出各時刻的水位、二、三維流場、海面風(fēng)場、海浪、海溫等溢油模塊輸出各時刻的溢油漂移速度、溢油范圍、溢油路徑等溢油信息時間、位置、油量、范圍、溢油方式可視化溢油漂移軌跡、影響范圍、影響岸段等海流預(yù)報系統(tǒng)東中國海南中國海西北太風(fēng)場預(yù)報系統(tǒng)西北太風(fēng)場溢油風(fēng)化模塊擴(kuò)展、蒸發(fā)、乳化、密度變化等業(yè)務(wù)化溢油預(yù)報系統(tǒng)分兩套：1、渤海三維溢油數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)；2、中國海和西北太二維溢油數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：五、西北太平洋海域溢油應(yīng)急

預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)及平臺海洋環(huán)境要素預(yù)報（海面風(fēng)、表層流、海浪等）海上溢油輸運(yùn)擴(kuò)散預(yù)測模型溢油信息溢油預(yù)報平臺（漂移軌跡、環(huán)境信息等）建立了海上溢油應(yīng)急預(yù)報系統(tǒng)能夠提供未來48小時溢油漂移路徑、擴(kuò)散范圍、影響海域及岸線、登陸地點(diǎn)及時間等預(yù)報產(chǎn)品。2008年已在國家中心安裝并試驗(yàn)運(yùn)行,多年來同衛(wèi)星中心、海監(jiān)總隊(duì)建立良好聯(lián)動機(jī)制?；贑S架構(gòu)和GIS平臺的溢油應(yīng)急預(yù)報系統(tǒng)，具有引導(dǎo)式操作界面和海洋綜合信息窗口，用戶可通過客戶端操作，方便快捷，提高應(yīng)急服務(wù)效率。五、西北太平洋海域溢油應(yīng)急

預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)及平臺海面平臺連續(xù)溢油漂移擴(kuò)散運(yùn)動運(yùn)動油船連續(xù)溢油動態(tài)行為不同源項(xiàng)的處理衛(wèi)星遙感油帶的漂移擴(kuò)散運(yùn)動海底沉船溢油三維漂移擴(kuò)散五、西北太平洋海域溢油應(yīng)急

預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)及平臺以GIS和海洋環(huán)境信息可視化技術(shù)為支撐，結(jié)合溢油預(yù)報各專項(xiàng)業(yè)務(wù)需求，在充分借鑒已有成果的基礎(chǔ)上，利用成熟軟件技術(shù)，開發(fā)溢油應(yīng)急預(yù)報系統(tǒng)用戶遠(yuǎn)程操作平臺，輔助預(yù)報員制作準(zhǔn)確、符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、美觀的預(yù)報產(chǎn)品，全面提升溢油預(yù)報服務(wù)能力。溢油預(yù)報系統(tǒng)平臺采用基于.net框架的WinForm技術(shù)，整體界面以鮮明的藍(lán)色為基本色調(diào)，突顯海洋行業(yè)特色。WinForm應(yīng)用程序相對于WebForm，具有響應(yīng)快速，穩(wěn)定等特點(diǎn)。五、西北太平洋海域溢油應(yīng)急

預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)及平臺模型參數(shù)設(shè)置模型提供了衛(wèi)星圖片、人工報點(diǎn)、人工交互式區(qū)域繪制、點(diǎn)源等幾種方式，進(jìn)行溢油面的繪制、溢油面繪制完成后可動態(tài)的添加粒子，以用于生成模型參數(shù)文件。五、西北太平洋海域溢油應(yīng)急

預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)及平臺通過模型計算結(jié)果可在系統(tǒng)中生成溢油軌跡預(yù)報圖、濃度分布圖、溢油散點(diǎn)圖、溢油輪廓圖、溢油掃海面圖，用戶可方面的使用截圖功能將這些圖用于預(yù)報單制作。第五節(jié)

污染物擴(kuò)散預(yù)報一、海上有害物質(zhì)泄露研究現(xiàn)狀危險化學(xué)品等泄漏進(jìn)入水體后，即使是很低的濃度，也會危害海洋中的生態(tài)環(huán)境，所以對有害物質(zhì)在水體中的遷移擴(kuò)散過程的研究一直受到國內(nèi)外學(xué)者的高度重視。瑞典、挪威、芬蘭等幾個北歐國家于1985年組成了北歐環(huán)境保護(hù)理事會，對散化泄漏應(yīng)急反應(yīng)進(jìn)行了深入的研究。荷蘭國家水利局采用了一維輸送、擴(kuò)散模型對易溶化學(xué)品及懸浮化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行了模擬，隨后又考慮了溢漏點(diǎn)附近下游地區(qū)的橫向擴(kuò)散、鹽度和不規(guī)則河堤對化學(xué)物質(zhì)輸運(yùn)和擴(kuò)散的影響。加拿大對油和散化溢漏后的歸宿和行為及應(yīng)對環(huán)境的影響研究開展的比較深入，模擬軟件與地理信息系統(tǒng)相連，提供方便快捷的環(huán)境參數(shù)以供泄漏應(yīng)急決策之用。一、海上有害物質(zhì)泄露研究現(xiàn)狀

在國內(nèi)，這方面的研究也發(fā)展較快。張存智等利用ADI法模擬了大連灣潮流場及污染物濃度分布，建立了污染源輸入與納污水域響應(yīng)的數(shù)值模型；沈永明等利用季節(jié)性水質(zhì)模型WAHMO研究了大連灣水質(zhì)；李適宇等開發(fā)了三維水質(zhì)富營養(yǎng)化模型3DQEM研究珠江口水域的化學(xué)耗氧量、溶解氧、無機(jī)磷和有機(jī)磷；周莉華采用GLLVHT模型對江蘇冷海水排放溫度場進(jìn)行模擬計算，預(yù)測其環(huán)境影響等等。國家海洋環(huán)境預(yù)報中心在“十一五”期間開展了海上突發(fā)事故應(yīng)急技術(shù)研究，推動了海洋可溶性污染物輸運(yùn)擴(kuò)散模式系統(tǒng)業(yè)務(wù)化的應(yīng)用，在應(yīng)對日本核電站事故產(chǎn)生的放射性污染物應(yīng)急預(yù)報中發(fā)揮了重要的作用。二、海上有害物質(zhì)污染預(yù)報方法海上有害物質(zhì)主要來源包括沿海城市陸源排放、船舶泄漏、溢油、海難事故、自然災(zāi)害等，其發(fā)生的時間、位置、方式和數(shù)量等具有多變的特性。污染源也有多種分類方法，按照物質(zhì)形態(tài)可分為固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。一般海上污染物以液體形態(tài)較常見，在污染源處理時首先將可溶性的海洋污染物分為兩個大類，即保守物質(zhì)和非保守物質(zhì)。對于非保守物質(zhì)來說，除了不斷擴(kuò)散而使?jié)舛冉档屯?，還有污染物自身衰減而加速濃度的下降。按照有害物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)又可分為海面漂移類、溶解類、易揮發(fā)類、懸浮類、沉降類和放射類。二、海上有害物質(zhì)污染預(yù)報方法對海洋物質(zhì)擴(kuò)散遷移規(guī)律的預(yù)測研究主要有實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)值模擬方法。海上有害物質(zhì)污染預(yù)報方法可分為經(jīng)驗(yàn)方法、統(tǒng)計方法和數(shù)值模擬方法。使用數(shù)值模擬方法進(jìn)行污染預(yù)報通常使用格朗日模型和歐拉模型。數(shù)值模擬具有通用性和靈活性的特點(diǎn)，能應(yīng)用于測量數(shù)據(jù)較少的場合，可以基本合理估算有害物質(zhì)濃度的時空分布及其變化，已成為有害物質(zhì)濃度擴(kuò)散遷移規(guī)律研究的主流方法。二、海上有害物質(zhì)污染預(yù)報方法海面漂移類的?；啡胨蟮倪w移參考溢油漂移擴(kuò)散預(yù)報技術(shù)。溶解類的?；啡胨蟮倪w移存在兩種形式：平流和擴(kuò)散。平流即?；冯S水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動移到新的位置，擴(kuò)散包括分子擴(kuò)散、剪切流離散和湍流擴(kuò)散等。溶解型化學(xué)品一般采用求解對流擴(kuò)散方程的方法進(jìn)行模擬。為污染物的濃度和為海洋水平擴(kuò)散系數(shù)和垂直擴(kuò)散系數(shù)S0為單位時間內(nèi)污染源排給單位體積海水的污染物質(zhì)量ki為降解系數(shù)，與水流特性、海洋生物的種類和數(shù)量、海水溫度等海洋環(huán)境因素有關(guān)。如果污染物屬于保守物質(zhì)，那么降解系數(shù)ki取為零。；u，vw為海水流速二、海上有害物質(zhì)污染預(yù)報方法揮發(fā)類?；凡捎脭?shù)值模型的不同可分為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃虲FD模型。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪?0世紀(jì)90年代研究易揮發(fā)型危化品泄漏擴(kuò)散規(guī)律的主要方法。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭饕?jīng)歷兩個發(fā)展階段：中性、浮性云擴(kuò)散數(shù)值模型和重氣云擴(kuò)散數(shù)值模型。CFD模型是基于流體動力學(xué)（Computational

Fluid

Dynamics）開發(fā)的泄漏擴(kuò)散模擬軟件系統(tǒng)。傳統(tǒng)的CFD軟件有FLUENT、CFX、PHOENICS，在?；沸孤U(kuò)散方面均有應(yīng)用。懸浮和沉降類?；凡捎谩傲Ｗ幼粉櫮Ｐ汀眮砟M其輸移擴(kuò)散過程，每個粒子代表一定的?；妨俊Ｃ總€粒子主要在水平和垂向海流作用下運(yùn)移，?；纷陨淼臄U(kuò)展可通過粒子的隨機(jī)運(yùn)動來體現(xiàn)，考慮其垂向上重力和浮力作用情況來實(shí)現(xiàn)對其懸浮和沉降特征的模擬。目前尚未有特別理想的模型來模擬此類危化品的漂移擴(kuò)散；可以用來粗略模擬的有CHEMMAP模型、MIKE模擬軟件。放射類污染物在海洋中的輸運(yùn)擴(kuò)散過程尚不明確，主要在溶解類輸運(yùn)擴(kuò)散過程模擬中考慮其濃度的衰減和被海洋顆粒物吸收后的沉降過程等。三、海上有害物質(zhì)輸運(yùn)擴(kuò)散數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)海上有害物質(zhì)輸運(yùn)擴(kuò)散數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)應(yīng)用業(yè)務(wù)化海洋水動力數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)計算的水動力環(huán)境要素，為海上有害物質(zhì)輸運(yùn)擴(kuò)散提供水動力環(huán)境背景場。選擇污染物擴(kuò)散參數(shù)計算方法及模式參數(shù)，與海洋水動力模式銜接，實(shí)現(xiàn)海上有害物質(zhì)輸運(yùn)擴(kuò)散的計算，預(yù)測給定污染源的輸運(yùn)軌跡、擴(kuò)散方向、影響范圍等結(jié)果。系統(tǒng)主要由前處理模塊、環(huán)境動力預(yù)報模塊、污染物輸運(yùn)擴(kuò)散預(yù)報模塊和后處理模塊四部分組成，具備對海上突發(fā)污染有害物泄漏造成水污染的擴(kuò)散方向及范圍等進(jìn)行數(shù)值預(yù)報能力，提供污染預(yù)警預(yù)報數(shù)據(jù)與信息，增強(qiáng)應(yīng)對有害物質(zhì)泄漏事故應(yīng)急處置能力。前處理模塊包括對有害物質(zhì)的來源分析，通過現(xiàn)場監(jiān)測或預(yù)評估等手段，獲取有害物質(zhì)泄漏發(fā)生的地點(diǎn)、有害物質(zhì)組成、類型與強(qiáng)度、溢漏方式等信息。根據(jù)輸入的有害物質(zhì)源信息，選取相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)，啟動環(huán)境動力預(yù)報模塊和污染物輸運(yùn)擴(kuò)散預(yù)報模塊對海上有害物質(zhì)輸運(yùn)的擴(kuò)散方向及范圍等進(jìn)行數(shù)值計算。系統(tǒng)提供污染預(yù)警預(yù)報數(shù)據(jù)與信息，將有害物質(zhì)濃度變化趨勢、擴(kuò)散面積、輸運(yùn)路徑等數(shù)據(jù)及圖片信息形成直觀、便捷的預(yù)報產(chǎn)品。三、海上有害物質(zhì)輸運(yùn)擴(kuò)散數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)海上有害物質(zhì)輸運(yùn)擴(kuò)散預(yù)報流程：第六節(jié)

典型預(yù)報保障

個例分析2014年10月舟山漁船漂移試驗(yàn)一、搜救軌跡預(yù)報2014年10月31日至11月4日，在舟山海域開展了2次無動力漁船的漂移實(shí)驗(yàn)。第一次漂移24小時，第二次漂移21.5小時?；诙嗵讟I(yè)務(wù)化搜救預(yù)測模型，利用業(yè)務(wù)化的海面風(fēng)場預(yù)報結(jié)果及西北太平洋、渤黃東海等不同海流模型的表層海流預(yù)報結(jié)果，開展集合漂移預(yù)報。在此次無動力漁船的漂移預(yù)測工作中，經(jīng)對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)及誤差分析，此次預(yù)測總體上基本準(zhǔn)確。

救生筏人（無帆表漂）事故描述：2014年07月21日19時30分在青島外海約120°38′24″E，35°55′48″N處發(fā)生船舶碰撞沉沒事件，有6人登上救生筏，若干人落水失蹤。預(yù)報：落水人員漂移方向?yàn)闁|北，救生筏漂移方向?yàn)楸保粰z驗(yàn)：12小時內(nèi)的實(shí)際軌跡均在預(yù)報搜尋范圍內(nèi)，預(yù)報準(zhǔn)確；12小時距離誤差小于2公里12小時距離誤差小于4公里2014.7.22搜救應(yīng)急演練一、搜救軌跡預(yù)報2、疑似漂移物的溯源及預(yù)測分析內(nèi)容漂移速度、距離、軌跡、搜尋范圍等考慮模型對不同物體參數(shù)的敏感性，針對不同物體（人、船只、集裝箱）進(jìn)行漂移溯源和預(yù)測分析。1、搜尋海域及航線的環(huán)境預(yù)報要素風(fēng)、能見度、浪、海流、海溫事故描述：2014年3月8日凌晨01時20分，馬來西亞航班MH370在北緯06°55’15”N，103°34’43”E失去聯(lián)系，機(jī)上載有239人。同年03月24日，經(jīng)馬方確認(rèn)在南印度洋“終結(jié)”。2015年1月29日，馬來西亞民航局宣布MH370航班客機(jī)失事，并推定機(jī)上所有人員遇難。應(yīng)急保障：預(yù)報中心于3月8日啟動24小時搜救應(yīng)急預(yù)報，進(jìn)行搜尋海域及航線環(huán)境預(yù)報和疑似漂移物的

溯源及預(yù)測分析，6月10日結(jié)束應(yīng)急，保障95天。共開展10次應(yīng)急會商、發(fā)布107期預(yù)報單和18期?？?。2014年馬航MH370失聯(lián)搜救應(yīng)急保障溯源分析漂移預(yù)測一、搜救軌跡預(yù)報事故描述：當(dāng)?shù)貢r間2015年7月29日上午，位于印度洋南端的法屬留尼汪島的海岸上發(fā)現(xiàn)一塊“疑似來自馬航MH370客機(jī)”的飛機(jī)殘骸，據(jù)當(dāng)?shù)鼐用衩枋觯摎埡￠L達(dá)2米，殘骸上有編碼BB670，目擊者稱殘骸表面覆蓋有貝殼。2015年8月6日，馬方宣布該殘骸經(jīng)確認(rèn)屬于MH370航班客機(jī)。應(yīng)急保障：預(yù)報中心于7月30日即啟動應(yīng)急程序，第一時間對已有的海上搜救漂移模型進(jìn)行修改和調(diào)試，收集、分析相關(guān)海域的海流、風(fēng)場數(shù)據(jù)，對疑似殘骸漂移路徑進(jìn)行模擬。保障內(nèi)容：1.模擬殘骸可能的來源NMEFCSAR模擬結(jié)果顯示，殘骸在過去的16個月，很有可能來自此前搜尋區(qū)域的北部海域，漂移路徑包括兩種：先向北再向西或者直接向西漂移；

殘骸來自此前搜尋區(qū)域的南部海域可能性較小，此海域的殘骸漂移方向主要是直接向東漂至澳大利亞西海岸。2.評估下一步水下搜尋區(qū)域法屬留尼汪島發(fā)現(xiàn)的殘骸來自下一步搜尋區(qū)域的可能性較小。2015年7月29日MH370殘骸模擬分析

2015年7月29日在法屬留尼汪島發(fā)現(xiàn)的殘骸此前搜尋區(qū)域漂移平均軌跡示意圖下一步搜尋區(qū)域一、搜救軌跡預(yù)報二、溢油漂移擴(kuò)散預(yù)報2010.